電容型化學(xué)電源電極材料的界面設(shè)計.pdf

1、高功率的電化學(xué)電容與高能量的電池在電荷儲存機理上不同，高效的電化學(xué)儲能依賴于電子傳遞相（電極）與離子傳遞相（電解液）間界面。更多的研究工作關(guān)注于界面與電極整體以解決發(fā)展中遇到的各種的問題。本文主要將兩種策略（逐步結(jié)合與納米材料的勻漿法）應(yīng)用于超級電容器材料，優(yōu)化了制備方法和工藝參數(shù)，希望為高性能超級電容材料提供一種新的制備思路。
　　通過簡單的“浸染-干燥”過程，在多孔泡沫鎳表面覆蓋上還原氧化石墨；再通過簡單混合氫氧化鈉醇溶液和氯

2、化鈷-氯化鎳水溶液，制備鈷鎳氫氧化物懸浮液。以表面覆蓋還原氧化石墨的泡沫鎳作為基底，通過簡單干燥過程，使懸浮液中顆粒得以粘附，實現(xiàn)電化學(xué)活性材料與基底的結(jié)合。氫氧化鈷/還原氧化石墨/泡沫鎳電極材料具有更好電容特性，浸漬次數(shù)為4對應(yīng)的電極材料在循環(huán)充放電2000次后面積比電容仍能保持3F·cm-2以上；高鎳組分對應(yīng)電極材料比電容更高，但循環(huán)性能較差，浸漬次數(shù)為4的高鎳含量組分對應(yīng)電極材料循環(huán)充放電2000次后面積比電容仍能保持4F·cm-

3、2左右。這一設(shè)計思路可以優(yōu)化高活性物質(zhì)負載的電極/電解質(zhì)界面設(shè)計，并在鋰電池，光催化等能源存儲與轉(zhuǎn)化領(lǐng)域存在廣泛應(yīng)用前景。
　　多孔泡沫鎳經(jīng)過溶液生長表面處理覆蓋上鈷鎳氫氧化物，通過“浸漬-干燥”方法及退火處理，其表面分布疏松的鈷酸鎳；再經(jīng)化學(xué)浴沉積和退火處理之后，鈷酸鎳可以填補材料孔隙并改善鈷酸鎳材料間連接。經(jīng)“粘-補”過程后，泡沫鎳表面和空隙可以被鈷酸鎳填充，相比于第一步的“粘”過程得到的鈷酸鎳，第二步的“補”過程得到的鈷酸鎳

4、尺寸更小，而晶格尺寸增加；電化學(xué)測試結(jié)果顯示，“補”過程可以有效提升鈷酸鎳/泡沫鎳電極材料的面積比電容，在電流密度10mA·cm-2條件下電極材料面積比電容也可達到3.23·F cm-2，同時質(zhì)量比電容可以達到1029F·g-1?！把a”過程得到的鈷酸鎳/泡沫鎳電極材料進行1800圈不同電流密度下循環(huán)充放電測試后，比電容仍能保持在4F·cm-2左右，高于電極材料初始值。而電化學(xué)循環(huán)充放電測試及相關(guān)分析暗示制備的“粘”和“補”電極材料表現(xiàn)出

5、電池和電容的過渡行為，獨特的熱力學(xué)滯后產(chǎn)生了“融合”和“破碎”行為。
　　兩種尺寸鈷鎳氫氧化物納米片混合的方法制備懸浮液，通過“勻漿-涂布”法制備互補型鈷酸鎳/電極材料。電化學(xué)測試結(jié)果表明，各組分隨著準(zhǔn)二維鈷鎳氫氧化物前驅(qū)體的加入，對應(yīng)組分鈷酸鎳/泡沫鎳電極材料面積比電容得以提升，最高準(zhǔn)二維納米片含量組分對應(yīng)互補型鈷酸鎳/泡沫鎳電極材料面積比電容最高，可達到8.5F·cm-1左右，同時活性材料質(zhì)量比電容保持在900F·g-1；同時

6、從理論出發(fā)，引入一個特征因子k來對結(jié)果進行分析，計算發(fā)現(xiàn)不同組分互補型鈷酸鎳/泡沫鎳電極材料k值均在0.6-0.7之間，介于理想的電池(k=1)與理想的超級電容(k=0.5)，這一結(jié)果也暗示電極材料更可能發(fā)生了超級電容和電池的混合行為。這一實驗結(jié)果也啟發(fā)我們進行新的設(shè)計思路：在一個電極中實現(xiàn)超級電容與電池的結(jié)合；尖晶石型鈷酸鎳作為電極材料，其導(dǎo)電性好于許多嵌入脫出電池材料，因而有可能實現(xiàn)高功率電池的設(shè)計；通過雙電層與電池材料的混合實現(xiàn)贗

7、電容行為的調(diào)節(jié)。
　　采用多次溶液生長法制備NiCo2S4/泡沫鎳電極材料。先通過增加沉積次數(shù)，可以在泡沫鎳上負載較高質(zhì)量活性物質(zhì)前驅(qū)體；再通過陰離子交換法將NiCo2O4轉(zhuǎn)化為導(dǎo)電性更好的NiCo2S4。轉(zhuǎn)化后的NiCo2S4也很好地保留了NiCo2O4的空間結(jié)構(gòu)。電化學(xué)測試結(jié)果也證明NiCo2S4/泡沫鎳電極材料電容性能明顯好于陰離子交換反應(yīng)之前的鈷酸鎳/泡沫鎳電極材料。同時，這種電極在電化學(xué)測試中表現(xiàn)出較高的面積比電容，在電